はじめに初めてデジカメを購入された貴方。デジカメにバッテリーをセットして試し撮りを行ったら、次に行うのは初期設定でしょう。画素数が多い方が画質が良くなるのは分かっているのですが、それではファイル容量が大きくなって扱うのに持て余してしまいます。言って、余りに小さいとわざわざ高いデジカメを購入した意味が無くなってしまいます。170(2000万画素)のカメラユーザーガイドという訳で、本書ではデジカメの画素数とプリンターの解像度の関係を分かり易くご説明したいと思います。プリンターと画素数の関係まで進んで下さい。言葉の定義いきなり本題に進んでも良いのですが、恐らく本書を読んでいくうちに、画素とか解像度とか、100万画素とか1MPixとか、似た様で異なる単語が出てくるので、混乱される方があるかもしれません。いう訳で、ここで言葉の意味と単位について書いておこうと思います。読む必要はないのですが、前段階として目を通しておいて頂けると、後々分かり易くなると思います。画素(Pixel)画素とは、デジタル入出力機器においてフルカラーを表現できる最小単位を指します。一つの画素は、さまざな明るさと色の値を持っていますので、それだけである一つの色を表現できます。本書では使っていませんが、一般的に良く聞くピクセル(pixel)とは画素と全く同じものです。単位も、全て”画素”で統一しています。SI単位(国際規格)の接頭語を使うと、100万は1M(メガ)と表せるため、100万画素を1MPix(メガピクセル)と表記する場合があります。1200万画素と言えば、12MPixになります。解像度(Resolution)解像度とは、画像や文字の繊細さの尺度であり、モニターやプリンターにおいて使用されます。分かり易く言うと、モニターやプリンターで出力される画像や文字の精細さの程度を指します。本来解像度とは、単位面積(或いは単位長さ)当たりの画素数を指すのですが、デジカメやモニターにおいては画面の大きさに関わらず単純に全画素数、プリンターでは1インチ(25.4mm)当たりのドット数で表します。デジカメやモニターにおける解像度の単位は画素、プリンターでの単位はdpiを使う事にします。画像ファイル本書では、1画素に入っている画像情報を画像データと呼ぶ事にします。この画像データが沢山集まってできた1枚の写真の画像情報を画像ファイルと呼ぶ事にします。画像ファイルには、後述しますRAWファイルとJPEGファイルの2種類があります。いずれも大きさの単位はMB(メガバイト)です。記録画素数(画像サイズ)記録画素数とは、デジカメで撮影する画像の総画素数を指し、一般的にS、M、Lの3種類が指定できます。Lを指定すると、デジカメが搭載している撮像素子の全画像データを画像ファイルとして取り込むのに対して、MやSはそれより少ない画像データを画像ファイルにします。2400万画素の撮像素子を搭載したデジカメの場合、Lで撮影すれば解像度は2400万画素なのに対して、Mだと1000万画素、Sだと600万画素程度になります。メーカーによっては、これを画像サイズと呼んでいる場合もあります。いずれの場合も、単位は画素もしくはPixです。デジカメの画像ファイルそれでは次に、デジカメの画像ファイルにはどんな情報が含まれていて、出力機器であるモニターはその画像ファイルをどうやって表示しているかをご説明したいと思います。いう訳で、先ずはデジカメの画像ファイルについて述べたいと思います。読み物風になっていますので、順番に読み進んで頂ければと思います。1撮像素子の構造それでは早速、デジカメの画像ファイルについてご説明しますと言いたい所ですが、その前に(今まで一度も話に出なかった)撮像素子の話から進めたいと思います。遠回りの様に思われる方もあるかもしれませんが、その方が断然近道ですので、少々お時間を下さい。撮像素子とはご存じの通りデジカメのレンズの裏側にある受光体で、フィルムカメラのフィルムに当たります。撮像素子この撮像素子にレンズを通った光が結像することで、画像が形成されます。その撮像素子の構造ですが、下の図の様に光を受けると電圧を発生するフォトダイオードが格子状にびっしり並んでいます。このフォトダイオード1個が1画素に当たりますので、もし1,600万画素の撮像素子でしたら、フォトダイオードが水平方向に46万個、垂直方向に34万個並んでいて、46万個と34万個を掛けると1,600万個になるという訳です。このフォトダイオードは、光の強さを感知することはできますが、色の違いは感じられないため、フォトダイオードの前には、赤青緑のカラーフィルターが装着されています。この3色の光の信号が、A/D(アナログ→デジタル)コンバータで12ビット、もしくは14ビットのデジタル信号に変換され、更に各種画像処理が加えられて、メモリーカードに書き込まれるという訳です。IIの画像処理ブロック図この12ビットのデジタル信号に変換するというのは、例えばフォトダイオードの出力が、受けた明るさによって0~3Vに変化するとすると、0~4096のデジタル値(2の12乗)のデジタル値に変換する事を表します。14ビットでしたら0~16384(2の14乗)のデジタル値になりますので、14ビットの方が4倍細かく明るさを表す事ができるという訳です。ご存じと思いますが、赤青緑は光の3原色ですので、この3色の光の強さが分かれば、全ての色を再現する事ができます。一つのフォトダイオードの前には、1色のフィルターが付いていますので、本来ならば1画素の持つ画像データは、1色の明るさの情報しか持っていない事になります。この1画素がメモリーに書き込まれる際、何故か3色分の画像データが書き込まれるのです。21画素の画像データではなぜ本来一色分のデータしか持っていない1画素が、3色分のデータを持っているのでしょう。それは、この1画素の周囲にある画素のデータを参考にして、この1画素の中に3色の画像データを持たせているのです。デジカメの1画素の画像データの中には(1色ではなく)フルカラーの情報が入っているという訳です。緑のフィルターが乗った画素で空の青い色を読み込んだとすると、その周辺も空で殆ど大きな差はないだろうから、周囲の赤と青のフィルターが乗った画素情報を流用して、その画素の3色の画像データにしているのです。空の様に似た色が続いている場合はそれで全く問題ないのですが、空と人物の境目の様に色が大きく変化する場合はそれではうまくいかないので、偽色と呼ばれる本来存在しない色が境目に発生する事があります。1色につき12~14ビットの情報を持っていますので、もし12ビットであれば3色合わせて36ビット、14ビットであれば3色合わせて42ビットの情報量になります。先ほどお伝えした様に、12ビットとは2の12乗で4,096諧調、14ビットとは2の14乗で16,384諧調性を持っている事になります。それが3色分ありますので、これを3乗すると、12ビットで68,719,476,736(680億色)、14ビットで4,398,046,511,104(4兆3980億色)と、とんでもない程の色を表現できる事になります。このとんでもない程の色情報を持っているのが、次の項でお話ししますRAWファイルです。3RAWファイルRAWファイルとは、光の明るさをA/D変換して、周囲の画素情報から3色分の明るさの情報を持った、JPEGの様な一般的な画像ファイルになる前の生データの事です。IIの画像処理ブロック図ですが、この図の黄色で示された”ファイル記録RAW”と書かれたのがRAWファイルを表します。以前はデジカメ内部でのみ使われていたのですが、JPEGより遥かに多い画像情報を持っているので、近年外部に取り出して、専用ソフトで自分の好みに加工してJPEG等に変換できる様になりました。1色につき12~14ビットの情報量を持っているとお伝えしました。すると、1バイトが8ビットですので、全容量(バイト)は画素数x3色xビット数÷8ビットで計算できます。8=84MBになります。それでは実際にRAWファイルで画像を出力したら、どの程度のメモリー容量になるでしょうか?手元のデジカメで調べた結果が以下の表になります。35Mバイト例えば表中央にある1610万画素のNEX-5Rの場合、RAWファイルの実容量は16Mバイトです。NEX-5Rの分解能(情報量)は14ビットなので、前述の計算ですと84Mバイトのはずなのですが、実際にはその5分の1以下である、たったの16Mバイトしかないのです。どこかで計算が間違っていると言いたい所ですが、それはありません。16Mバイトしかないかと言えば、この84Mバイトを圧縮して16Mバイトにしているからです。同じ画素数のX-T1の場合、RAWファイルの容量は、33Mバイトです。この様に同じ画素数にも関わらず、RAWファイルの容量が異なるのはメーカーによって、圧縮方法と圧縮率が異なるからです。このため各メーカーによって、RAWファイルの現像用ソフトが異なるという訳です。IIの様にRAWファイルを圧縮しないで、そのまま出力できる機種もあります。これでRAWファイルの中身と、その容量の関係について分かって頂けましたでしょうか?4JPEGファイルRAWファイルの次は、一般的な画像ファイルであるJPEGファイルをしたいと思います。先ほどお伝えしました様に、RAWファイルは1色12~14ビットの情報を持っていますが、JPEGファイルになると1色8ビット(256諧調)の情報に減ります。上図の青色の部分が、JEPGファイルの事です。言え、これが3色分ありますので、256X256X256となり全部で16,777,216(1,678万)通りの色が表現でき、現実的にはほぼ十分と言えます。この1,678万色という数値は後程また出てきますので、是非覚えておいてください。14ビットのRAWファイルを現像して8ビットのJPEGファイルに変換するという事は、画像データを圧縮するという事になります。ちなみにソニーのα7、NEX-5R、富士フィルムのX-T1を使ってJPEGを撮影すると、その容量は以下の様になります。1これをご覧頂きます様に、FINEのLを選択すると、RAWファイルに対して、1/3~1/4に圧縮される事が分かります。ところで、上記の表で、どの記録画素数と画質を選ぶのが一番合理的で無駄が無いかは後程ご説明したいと思います。プリンターと記録画素数の関係それでは次に、デジカメで撮った画像をプリントする場合、必要となる記録画素数を考えてみます。言え、必要となる記録画素数はプリントする写真の大きさで変わりますので、ここではA4サイズ(210x297mm)の大きさを例にしたいと思います。1200DPIとして話を進めます。1200DPIとはどの位の解像度かと言えば、長さ1インチ(25.4mm)の中に1200個のドットが打てる事を示しています。1,200)のドットが打てる事になります。なると、A4の中にいくつのドットが打てるかは、以下の計算で求める事ができます。139,210,118dot(1億3921万dot)とすると、A4サイズにカラー写真をプリントすると1億3921万ドットが必要になるかと言えば、そうではありません。徐々に説明していきますので、もう暫くお付き合い下さい。2値画像とは言え、いきなりカラー画像の話をすると難しいので、先ずは白黒画像の話をさせて下さい。プリントする画像が、文字の様に白と黒だけ(これを2値画像と呼びます)でしたら、1億3921万個の白と黒のデータがあればプリントできます。白と黒だけの2値画像ですので、もしデジカメで文字画像を撮影して、1200x1200DPIのプリンターでA4サイズにプリントするためには、確かに1億3921万画素が必要になります。人間の目には限界がありますので、この2値画像の解像度をいくら上げても(ドットを小さくしても)、ある解像度から差が分からなくなるのです。具体的には、一般の人で240x240DPI、かなり目の良い方でもせいぜい300x300DPI以上に解像度が上がっても、解像度が上がった(ドットが細かくなって綺麗になった)と判別できないのです。300x300DPI2値画像の場合、300x300DPIを超えると目で識別できない上の図は多少誇張して作成していますが、解像度が高くなると斜め線のギザギザが少なくなって、ある解像度を過ぎると(虫眼鏡で拡大しない限り)人の目ではギザギザが確認できなくなるのは分かって頂けると思います。実用上300x300DPIで十分なので、以下の様にA4サイズでしたら870万ドットで十分なのです。90,000dot=8,700,632dot(870万dot)実際一昔前の白黒プリンターでしたら、300x300DPIが一般的でした。前段の文字の様に白と黒だけしかプリントできない状態で写真をプリントしたら、下の様な写真になってしまうからです。2値画像の写真これでも猫だとは分かりますが、何か変です。何が変かと言えば、ハーフトーンが無いのです。このため、写真の様にハーフトンのある画像を黒と白のドットしか打てないデジタルプリンターで表現するためには、いくつかのドットを集めたブロックが必要になります。下の図は、簡単な例として8x8ドットを1ブロックした場合です。この場合、濃度0から濃度64までの65諧調のハーフトンが表現でき、下の写真の様に白黒の多値(たち)画像になります。多値画像この場合、64ドットを1ブロック(すなわち1画素)として使用しましたので、A4で必要となる画素数は、以下の様に218万画素になります。139,210,118dot÷64dot=2,175,158画素すなわち、65諧調のハーフトーンのあるA4サイズの白黒写真をプリントする場合、218万画素の記録画素数が必要になるという訳です。2400DPIの解像度が必要になるという訳です。65諧調の1ブロックを300x300DPIの1ドットの2倍の大きさにしたら、その半分の1200x1200DPIの解像度が必要になるという訳です。これでなぜカラープリンターでは1200x1200DPIもの高解像度が必要になるか、ご理解頂けたのではないでしょうか。今までは白黒写真の話でしたが、カラー写真の場合、赤青黄色の3色になりますが、必要な画素数に変化はありません。カラー画像なぜならば、デジカメの1画素の中には光の3原色に関する情報(12ビットで4,096諧調)が既に入っており、プリント時には同じ所に3色のインク(もしくはトナー)を順番に乗せていくだけだからです。A4サイズのカラー写真を27万色(65諧調の3乗)でプリントする場合、同じ様に218万画素のデータが必要になるという訳です。鋭い方でしたら、ここでデジカメの3原色は光の3原色であって、プリンターは色の3原色で異なるものだと気が付かれたかもしれません。その通りで、両者は似て非なるものなのですが、この変換はプリンターメーカーがそのプリンターで最適な画像になる様に、プリンタードライバーで変換しているのです。ついでに言っておきますと、色の3原色においては3色を混ぜれば黒になるのですが、実際にはグレーになるため、黒色のインク(もしくはトナー)を入れて4色にしているのが一般的です。ご存じの様に、高いインクジェットプリンターですと、カラーを3色だけではなく、6色とか9色のインクカートリッジを備えているものまであります。上記は非常に簡単な例で説明しましたが、プリンターメーカーが提供する実際に必要な画素数を表にすると以下の様になります。2Mpix上の表をご覧頂きます様に、A4サイズで必要な画素数は600万画素になっており、今まで説明した218万画素より約3倍も多くなっています。その理由は、今までの説明では8x8ドット(65諧調)の非常に簡単なブロックを使って説明していたのですが、実際のプリンターは256諧調の誤差拡散方式で画像をプリントしていますので、600万画素の記録画素数が必要になるという訳です。ところで、上の表をご覧になって、小さい画像の方が面積当たりの画素数が多いと思われた方は、かなり鋭い方です。A4サイズの場合、1インチ当たりの画素数は、以下の様に249画素/インチになります。=(600万画素÷(210/25.4×297/25.4))^0.5=249画素/インチ(249PPI)それに対してL版サイズを計算すると、343画素/インチになります。この理由は、大きな画像は遠くから見るのに対して、小さい画像は近くで見るので、より高解像度(より細かい画素)が必要になるからです。PCよりスマホのモニターの方が高解像度なのは、これが理由です。まとめそれでは最後にまとめです。1白黒だけの2値画像であれば、プリンターの解像度は300x300DPI程度で十分である。2ただし写真の様にハーフトーンのある多値画像の場合、2400DPIx2400DPI程度の解像度が必要である。3デジカメの1色当たりの諧調性は12ビットで4,096諧調もあるが、プリンターの場合256諧調しかない。4写真をプリントするのは、せいぜいA4サイズ程度の大きさならば、記録画素数は300万画素で十分である。5もし2400万画素の写真ならば、新聞の半分の大きさまでプリントできる。次へ画素数と解像度の関係Tweetご意見、ご感想等ありましたら是非こちらに。写真やカメラに関するコンシューマレポート、テクニカルレポートは各種ありますが、ここでは余り知られていない耳寄りな情報を、小学生にも分かる様に平易にお伝えしたいと思います。徐々に更新していきますので、もし宜しければ珈琲でも飲みながらお楽しみ下さい。permission.商用利用における無断複製並びに転載は、著作権侵害となります。